Analyse et modélisation des dégagements de masse et d'énergie lors de l'emballement thermique d'une cellule de batterie

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : CLIMAT, ENVIRONNEMENT ET ÉCONOMIE CIRCULAIRE, ÉNERGIES RENOUVELABLES, MOBILITÉ DURABLE et HYDROCARBURES RESPONSABLES.

L’engagement d’IFPEN en faveur d’un mix énergétique durable se traduit par des actions visant :

• à gagner en efficacité énergétique ;
• à réduire les émissions de CO2 et de polluants ;
• à améliorer l’empreinte environnementale de l’industrie et des transports ;

tout en répondant à la demande mondiale en mobilité, en énergie et en produits pour la chimie.

Dans cet objectif, IFPEN développe des solutions permettant, d’une part, d’utiliser des sources d’énergie alternatives et, d’autre part, d’améliorer les technologies existantes liées à l’exploitation des énergies fossiles.

Analyse et modélisation des dégagements de masse et d’énergie lors de l’emballement thermique d’une cellule de batterie

L’emballement thermique des batteries lithium-ion constitue un enjeu majeur pour la sécurité des systèmes de stockage d’énergie. Lors de ce phénomène, la cellule libère rapidement une quantité importante de gaz, de masse et d’énergie. La quantification de ces dégagements est essentielle pour mieux comprendre le phénomène et alimenter les modèles de propagation à l’échelle du module ou du pack.

Objectives

Ce stage aura pour objectif d’affiner une méthode permettant de déterminer les évolutions temporelles du débit de masse et de la puissance libérés lors de l’emballement thermique d’une cellule lithium-ion isolée, cylindrique ou de type pouch. La méthode s’appuiera principalement sur les mesures de pression et de température obtenues au sein d’une enceinte expérimentale haute pression et haute température développée à IFPEN. À partir de ces données, un modèle thermodynamique permettant de reconstruire les dégagements de masse et d’énergie sera développé ou amélioré.

Le travail comprendra notamment :

• l’analyse des données expérimentales issues d’essais d’emballement thermique ;
• l’identification et la modélisation des principaux phénomènes physiques influençant les évolutions de pression et de température dans l’enceinte et prise en main des outils existants ;
• l’amélioration des méthodes d’inversion permettant d’estimer les évolutions temporelles du débit de masse et de la puissance libérés par la cellule ;
• l’évaluation des incertitudes associées aux mesures et aux hypothèses du modèle ;
• la validation de la méthode à partir de différents essais et, si possible, de différentes technologies ou géométries de cellules.

Selon l’avancement des travaux, le modèle développé pourra être transposé dans le logiciel Simcenter Amesim afin de faciliter son utilisation dans des simulations à l’échelle d’un système batterie.

Profil recherché

Bac + 5 (master 2 ou dernière année d’école d’ingénieur)

• Solides connaissances en thermodynamique, mécanique des fluides
• Compétences en analyse de données, résolution de problèmes, et maîtrise de logiciels tels que MATLAB ou Python.
• Esprit proactif, capacité à travailler de manière autonome et en collaboration.

Mots-clefs : batteries lithium-ion, emballement thermique, bilans de masse et d’énergie, thermodynamique

Durée et période du stage : 6 mois entre février/mars et aout/septembre 2027
Lieu du stage : Rueil-Malmaison